掺入催化裂化油浆对减压渣油性质的影响

杨 月，沈 健，程丽华，陈思青

(1.辽宁石油化工大学，辽宁 抚顺 113001；2. 广东石油化工学院)

掺入催化裂化油浆对减压渣油性质的影响

杨 月1，2，沈 健1，程丽华2，陈思青2

(1.辽宁石油化工大学，辽宁 抚顺 113001；2. 广东石油化工学院)

以中国茂名分公司减压渣油和催化裂化油浆为丙烷脱沥青的原料，对二者在不同掺入比下的组成和性质进行分析，运用数学回归得出其变化规律，并采用质量分数电导率法以及四组分组成法考察了调合油品胶体稳定性的变化。结果表明：调合油品黏度的变化符合指数函数特性；密度、残炭、元素含量和族组成的变化符合一次函数特性；调合油品胶体体系的稳定性下降。综合调合油品的性质与稳定性等情况，催化裂化油浆掺入比控制在30%以下比较合适。

减压渣油 催化裂化油浆 调合 胶体稳定性

1 实 验

1.1 原 料

实验原料为阿曼减压渣油和FCC油浆(以多种原油混合油为原料)，均由中国石化茂名分公司提供，其性质见表1。

1.2 油品的调合实验

按照掺入质量分数分别为10%，30%，50%，70%，90%，在减压渣油中调入FCC油浆，在90 ℃条件下充分搅拌，使其混合均匀。

表1 原料性质

1.3 调合油品的性质测定

1.4 调合油品胶体体系稳定性的表征

乡村学校硬件设施比起中心城市学校或县城重点学校来说明显不足，特别是现代化教学设施。在互联网+的教育时代背景下，K12现代教育在许多城市已经非常流行。而对于许多乡村学校，一些起码的条件如完备的课桌椅、明亮整洁的教室、宽敞平整的操场等等都无法具备，更不用说现代化的多媒体设施。许多城市学校已经开设网课、远程教学等多形式教学方式，而在许多乡村甚至连保障传统教学的条件都很难，有的连体育器材，音乐室，英语语音室都无法保障。现代化教学设备不足，不仅仅影响教学效果，更是切断了乡村学生接受新观念新思想新方法的媒介。教育资源缺乏，教学条件和教学硬件落后，是桎梏乡村教育发展的重要因素之一。

调合油品中加入正庚烷后，会引起沥青质的缔合和聚沉，从而使体系的胶体稳定性发生变化，因此，可以采用质量分数电导率法对调合油品胶体的稳定性进行表征[3-5]。在恒温(30±0.1) ℃条件下，测定油品中加入正庚烷过程中电导率的变化，计算得到样品的质量分数电导率，质量分数电导率出现最大值时表明沥青质发生了明显的聚沉，此时加入的正庚烷与油品的质量比被定义为胶体的稳定性参数(CSP)。体系胶体稳定性越好，CSP越大；反之，CSP越小。

2 结果与讨论

2.1 原料性质分析

从表1可以看出：FCC油浆的密度比减压渣油大，而动力黏度、残炭以及开口闪点明显比渣油小；从元素含量来看，FCC油浆的HC原子比为1.20，比减压渣油的小，同时，FCC油浆中N、S元素以及金属元素Ni、V的含量也明显小于减压渣油；从四组分组成来看，减压渣油的饱和分与芳香分质量分数之和为72.69%，胶质与沥青质质量分数之和为27.31%，而FCC油浆的饱和分与芳香分质量分数之和达到91.29%，其中饱和分含量明显较减压渣油高，而胶质与沥青质质量分数之和为8.71%，明显低于减压渣油，这说明FCC油浆中的部分组分是可以再加以利用的。

2.2 调合油品黏度变化情况

调合油品黏度与FCC油浆掺入比的关系见图1。由图1可知：随FCC油浆掺入比的增加，调合油品的黏度逐渐降低，二者呈指数函数关系；当油浆掺入比小于30%时，随掺入比的增加，调合油品的饱和分和芳香分的浓度增加，而胶质和沥青质的浓度降低，导致沥青质分子之间的间距变大，沥青质分子的缔合数减小，沥青质分子间的交联效应减小，体系中分子之间的内摩擦力减小，以致调合油品的黏度急剧降低。因此，从传热和传质的角度来看，在渣油中掺入适量的FCC油浆可以降低其黏度，提高渣油的流动性，有利于溶剂脱沥青过程中相间的质量和热量传递，提高溶剂脱沥青过程的传热和传质效率，从而提高脱沥青油和脱油沥青的分离效率。当油浆的掺入比大于30%时，由于分子间距进一步变大，以及饱和分和芳香分的增溶作用，沥青质分子几乎不发生交联作用，沥青质趋向于单体分散，调合油品黏度的变化趋于平稳。

图1 调合油品黏度与油浆掺入比的关系

图2 调合油品密度与油浆掺入比的关系

图3 调合油品残炭、金属含量与油浆掺入比的关系◆—w(Ni+V)，μgg； ●—残炭,%

图4 调合油品氢、硫含量，HC比与油浆掺入比的关系◆—H含量； ■—S含量； ▲—HC原子比

图5 调合油品灰分与油浆掺入比的关系

由图2～图5可以看出：调合油品的密度，残炭，金属元素(Ni+V)、硫元素含量，HC比的变化与FCC油浆的掺入比呈线性关系；灰分的变化与油浆掺入比并没有明显的函数关系，这是由于固体颗粒在渣油和油浆中的分布不均匀造成的。

加入FCC油浆后，调合油品的密度增大，与丙烷的密度差变大，使萃取阻力降低，有利于萃取过程的进行，提高脱沥青油收率[6-7]；油品的残炭，金属元素(Ni+V)、氢元素以及硫元素含量随FCC油浆掺入比的增加而降低，有利于提高脱沥青油的质量。

2.4 调合油品四组分含量变化情况

调合油品四组分含量与FCC油浆掺入比的关系如图6所示。由图6可知，随油浆加入量的增大，油品中饱和分与芳香分含量逐渐增加，而胶质和沥青含量逐渐降低。FCC油浆与渣油中一部分组分结构相似，根据相似相容原理，溶解度系数相近的极性和非极性组分可以相互溶解，溶解的结果导致渣油原有胶体体系结构发生改变，然而并没有引起组分之间的相互转化，因此调合油品四组分组成随油浆加入量的增加呈线性变化。

图6 调合油品的四组分含量与油浆掺入比的关系■—芳香分； ◆—饱和分； ▲—胶质； —沥青质

2.5 掺入FCC油浆对调合油品胶体稳定性的影响

饱和分和单环、双环芳烃含量的增加有利于提高脱沥青油的质量和收率，同时，各组分含量的变化对油品胶体稳定性也有着重要的影响。胶质是影响胶体稳定性的主要因素，芳香分对胶体稳定有保护作用，饱和分破坏胶体的稳定性[8]。饱和分含量过高以及胶质含量过低可导致胶体稳定性下降，使得沥青质呈不稳定状态。为了更清晰地了解掺入FCC油浆对调合油品胶体稳定性的影响程度，进行了胶体稳定性的研究。

图7 调合油品的胶体稳定性与油浆掺入比的关系

2.5.1 质量分数电导率法 图7为以正庚烷为溶剂时，测得的掺入FCC油浆对调合油品胶体体系稳定性的影响。由图7可以看出：随FCC油浆掺入比的增加，调合油品的胶体稳定性参数CSP呈下降趋势，表明加入FCC油浆后调合油品胶体体系的稳定性下降，胶质、沥青质呈不稳定状态；当掺入比小于30%时，调合油品的CSP下降幅度较大，说明原有胶体体系稳定性遭破坏的程度较严重；当掺入比大于30%时，调合油品的CSP下降幅度减小，此时胶体稳定性差异减小。

2.5.2 四组分组成法 Loeber等[9]的研究结果表明，饱和分与沥青质的含量反映沥青质的缔合趋势，芳香分与胶质的含量反映其对沥青质的分散能力。胶质组分是阻止沥青质沉积的关键因素，胶质与沥青质的含量之比通常被作为衡量渣油胶体稳定性的主要参数[10-11]。因此，通过考察w(饱和分+沥青质)w(胶质+芳香分)和w(胶质)w(沥青质)的变化可以判断油品胶体稳定性的变化，其变化情况如表2所示。

表2 不同FCC油浆掺入比下调合油品的四组分组成

由表2可知，随FCC油浆掺入比的增加，w(饱和分+沥青质)w(胶质+芳香分)逐渐增大，w(胶质)w(沥青质)逐渐减小。由此可以判定，调合油品中芳香分和胶质对沥青质的分散、胶溶能力降低，体系的稳定性下降，这与质量分数电导率法测定结果一致。

根据溶剂脱沥青过程基于凝聚理论的工艺机理，丙烷与渣油混合时，胶质、沥青质呈不稳定状态，在具有足够量的丙烷时，胶质、沥青质开始聚集、沉淀、分离。渣油中掺入一定量的FCC油浆后胶体体系稳定性下降，增大了胶质、沥青质聚集的可能性，使得脱沥青油和脱油沥青的分离变得容易，有利于丙烷脱沥青工艺过程。

2.6 FCC油浆掺入比的讨论

通过以上研究发现，在不同油浆掺入比下调合油品的性质是不同的，甚至有很大的差异。当掺入比小于30%时，调合油品黏度急剧下降，流动性显著增强，胶体体系的稳定性下降幅度较大，调合油品的饱和分含量增加，密度增大，残炭降低，氮元素、硫元素、及金属元素(Ni+V)含量降低，这均有利于提高脱沥青油的质量，说明在此范围加入FCC油浆对渣油品质的改善效果显著。当掺入比大于30%时，调合油品的黏度趋于稳定，胶体体系的稳定性降低幅度变小，油品不饱和程度加大，固体颗粒含量不断增加，此时油浆对渣油品质的改善效果大大降低，甚至使油品的性质变差。由此可见，油浆的掺入比不是越大越好，而是要保持在一定的范围内。分析结果表明，FCC油浆的掺入比控制在30%以下比较合适。

运用数学回归法，对图1～图4和图6进行曲线拟合，得出调合油品性质的数学关联式，见表3，其中x为FCC油浆的掺入质量分数，0≤x≤100，y为在不同油浆掺入比下调合油品性质的数值。表3中关联式可以用来预测不同掺入比下调合油品性质的变化情况。

3 结 论

(1) 当减压渣油和催化裂化油浆以不同的质量比混合时，调合油品黏度的变化符合指数函数特性；密度、残炭、元素含量和四组分组成的变化符合一次函数特性；调合油品胶体体系的稳定性随FCC油浆掺入比的增加呈下降趋势。

(2) 减压渣油加入FCC油浆后，调合油品的黏度显著降低，能够有效地改善油品的传质和传热效率；调合油品胶体体系的稳定性下降，有利于丙烷脱沥青过程的进行，但是掺入比过大会使得油品的性质变差，不利于提高脱沥青油的品质。掺入比控制在30%以下比较合适。

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EFFECT OF BLENDING FCC SLURRY ON PROPERTIES OF VACUUM RESIDUE

Yang Yue1，2， Shen Jian1， Cheng Lihua2， Chen Siqing2

(1.LiaoningShihuaUniversity，Fushun，Liaoning113001； 2.GuangdongUniversityofPetrochemicalTechnology)

The varying patterns in compositions and properties of mixed vacuum residue and FCC slurry from SINOPEC Maoming Company with different blending ratio were analyzed by regression method. The colloidal stability of the mixed raw material was measured by the mass fraction normalized conductivity and the SARA composition analysis. The results show that the viscosity change of the mixed raw material accords with the exponential function； the density， carbon residue， element content and group compositions comply with the linear function， while the colloidal stability of mixed raw material declines. It is concluded that the blend ratio below 30% is more appropriate， considering the properties and colloidal stability of the mixed system.

vacuum residue；FCC slurry；blending；colloidal stability

2015-10-14； 修改稿收到日期： 2016-02-18。

杨月，硕士研究生，从事渣油掺炼催化裂化油浆丙烷脱沥青的工艺研究。

程丽华，E-mail：chenglihua65@139.com。

广东省科技计划项目(2014A020216047)。